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气动马达的速度特性分析

在气动马达工作过程中,保持马达的进气压力不变,每一个恒定进气压力值都对应一条速度特性曲线,由最大额定进气压力决定的全负荷速度特性曲线,可得出气动马达在各个转速对应的最大输出功率和最大输出扭矩,决定气动绞车的最大负载。

气动马达性能曲线

如图上图所示,保持马达的基本结构和配气阀基本参数不变,当设定进气压力为0.8MPa,通过改变马达的输出转速对马达的数学模型仿真计算,即可获得气动马达
在不同转速下的速度特性曲线。

在上图中,马达的输出扭矩随马达转速的增大以接近一次线性逐渐降低,具有低转速高扭矩的输出特性,且随转速变化范围较宽。气动马达的有效功率是输出扭矩与输出转速的乘积,因此随转速的增大,马达的有效功率呈现中间高两头低的抛物线
形式,当进气压力为0.8MPa,马达最大有效功率为p=18k W,且出现在输出转速
n=1300r/min。随着输出转速的增大,马达单位时间内进气次数不断增加,而耗气量
基本保持上升的趋势,上升的幅度逐渐减小。

工作效率随马达转速变化曲线

如图4-9 所示,马达在转速(100r/min~1200r/min)时工作效率较高,且当转速n=100r/min时,最大工作效率ηmax=46%,随着转速速度的增大,马达的工作效率逐
渐降低。

缸内气体状态随马达转速变化曲线

如图4-10所示,缸体内气体的平均指示压力随马达转速增加逐渐下降,是
马达输出扭矩随转速增大而减小的直接原因,随着转速的增大,缸体内的平均指示压力下降速度越缓慢。缸内压缩气体的平均指示温度随马达转速的增加逐渐提高,提高的幅度逐渐减小。

在进气过程中,随马达转速的增大,缸内气体瞬时压力达到最高时所对应的曲轴转角逐渐增大,缸内气体膨胀度也相对降低,气体的瞬时温度缓慢下降;而一次排气
过程中,随转速增大排出气体减少,缸内剩余气体增加;在余气压缩过程和二次排气阶段中,高转速产生残余气体的压缩程度增大,压力上升和温度升高,排气阻力较大。
因此,活塞式气动马达的输出扭矩随转速的增大而迅速降低,马达在中低转速状
态下运行时,输出的有效功率和扭矩较大,而且马达是工作效率较高。